DE10101561A1

DE10101561A1 - Angular velocity sensor for rotation, has impact damping mechanism to damp effect of oscillator onto substrate

Info

Publication number: DE10101561A1
Application number: DE10101561A
Authority: DE
Inventors: Yoichi Mochida
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2001-01-15
Publication date: 2001-07-26
Anticipated expiration: 2021-01-16
Also published as: JP3666335B2; JP2001194157A; DE10101561B4; US20010008087A1; US6845666B2

Abstract

An impact damping mechanism (3) with a frame support beam (4) is arranged on the substrate (1) for dampening the effect of oscillations of the oscillator (9) from an impact to the substrate.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Winkelge schwindigkeitssensor, der für die Verwendung geeignet ist, eine Winkelgeschwindigkeit, wie beispielsweise eines Rotors bzw. Drehelements, zu erfassen.The present invention relates to a Winkelge speed sensor suitable for use an angular velocity, such as a rotor or rotating element.

Es ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor im allgemeinen be kannt, der ein Substrat, einen Oszillator bzw. Schwinger, der von dem Substrat über einen Oszillatorhaltebalken in zwei zueinander senkrechte Richtungen verschiebbar gehalten wird, eine Oszillationserzeugungseinrichtung bzw. Schwin gungserzeugungseinrichtung, um den Oszillator in eine der zwei Richtungen parallel zu dem Substrat (d. h., eine X- Achsenrichtung oder eine Y-Achsenrichtung) in Schwingung zu versetzen, und eine Winkelgeschwindigkeiterfassungseinrich tung zum Erfassen der Verschiebung des Oszillators als eine Winkelgeschwindigkeit, wenn der Oszillator in die andere der zwei Richtungen verschoben wird, aufweist (siehe bei spielsweise die ungeprüfte japanische Patentveröffentli chung Nr. 11-325915).It is an angular velocity sensor in general knows a substrate, an oscillator or oscillator, that from the substrate via an oscillator support bar in two mutually perpendicular directions slidably held is an oscillation generator or Schwin generation device to the oscillator in one of the two directions parallel to the substrate (i.e., an X- Axis direction or a Y axis direction) in vibration offset, and an angular velocity detection device device for detecting the displacement of the oscillator as one Angular velocity when the oscillator in the other which is shifted in two directions (see at for example, the unexamined Japanese patent publication No. 11-325915).

Wenn eine Winkelgeschwindigkeit um eine Z-Achse senkrecht zu den X- und Y-Achsen von außen her angewendet bzw. ausge übt wird, während eine Schwingung beispielsweise um die X- Achse dem Oszillator bereitgestellt wird, wirkt eine Corio liskraft (Trägheitskraft) auf den Oszillator und bewirkt, daß der Oszillator in der Y-Achsenrichtung verschoben wird. Die Winkelgeschwindigkeitserfassungseinrichtung erfaßt die Verschiebung des Oszillators in der Y-Achsenrichtung durch die Corioliskraft als Änderungen bezüglich einer Ausgabe oder einer statischen Kapazität eines piezoelektrischen Körpers, usw. If an angular velocity about a Z axis is perpendicular applied to the X and Y axes from the outside is practiced while a vibration around the X- Axis is provided to the oscillator, a Corio acts liskraft (inertial force) on the oscillator and causes that the oscillator is shifted in the Y-axis direction. The angular velocity detection device detects the Displacement of the oscillator in the Y-axis direction by the Coriolis force as changes in output or a static capacitance of a piezoelectric Body, etc.

Bei einer herkömmlichen Technik ist ein rahmenförmiges Bau teil, das den Oszillator umgibt, auf dem Substrat vorgese hen, und durch Halten bzw. Tragen des Oszillators mit dem rahmenförmigen Bauteil über einen Oszillatorhaltebalken wird der Effekt auf den Oszillator durch Änderungen bezüg lich der Charakteristika des Oszillatorhaltebalkens, usw., aufgrund von Temperaturänderungen verringert, um so den Schwingungszustand zu stabilisieren, wodurch sich eine Ver besserung bezüglich der Erfassungsgenauigkeiten ergibt.A conventional technique is a frame-shaped structure part that surrounds the oscillator, read on the substrate hen, and by holding the oscillator with the frame-shaped component via an oscillator support beam the effect on the oscillator is related to changes Lich the characteristics of the oscillator support bar, etc., due to temperature changes, so the Stabilize vibration condition, which causes a Ver improvement in the detection accuracy results.

Bei der oben erwähnten herkömmlichen Technik wird durch Halten des Oszillators in einem stabilisierten Schwingungs zustand relativ zu der X-Achsenrichtung eine Verschiebung des Oszillators, wenn dieser in der Y-Achsenrichtung durch eine Corioliskraft verschoben wird, als eine Winkelge schwindigkeit erfaßt.In the conventional technique mentioned above, by Keeping the oscillator in a stabilized vibration state relative to the X-axis direction of the oscillator if it passes through in the Y-axis direction a Coriolis force is shifted as an Winkelge speed detected.

Es kann jedoch nicht nur eine Winkelgeschwindigkeit von ei nem daran angebrachten Rotator, usw. ausgeübt werden, son dern es kann auch eine äußere Kraft auf den Rotator ausge übt werden, oder es kann eine Trägheitskraft aufgrund von Änderungen in der Bewegung darauf ausgeübt werden, nämlich durch einen Schlag bzw. Stoß, der dann über den Oszillator haltebalken, usw. auf den Oszillator ausgeübt bzw. angewen det wird.However, it cannot be just an angular velocity of egg attached rotator, etc., son an external force can also be exerted on the rotator can be exercised, or there may be an inertial force due to Changes in the movement are exerted on it, namely by a blow or shock, which then over the oscillator holding bar, etc. exercised or applied to the oscillator det.

Wenn in diesem Fall Wellenformen des Stoßes eine Schwingung umfassen, die eine Frequenz nahe einer Resonanzfrequenz des Oszillators hat, kann der Oszillator durch den Stoß ausrei chend in Resonanz treten bzw. mitschwingen, so daß der Schwingungszustand instabil wird oder der Oszillator unge achtet der Corioliskraft in der Erfassungsrichtung verscho ben wird.If in this case the waveforms of the shock are a vibration comprise a frequency close to a resonance frequency of the Has oscillator, the oscillator can get out of the shock accordingly resonate or resonate, so that the Vibration condition becomes unstable or the oscillator is unstable respects the Coriolis force in the detection direction will.

Deshalb besteht bei der herkömmlichen Technik das Problem, daß bei einem Stoß, der von außen ausgeübt wird, Änderungen bezüglich einer Erfassungsempfindlichkeit für eine Winkel geschwindigkeit und Fehler bezüglich Erfassungswerten dazu neigen, aufzutreten, wodurch sich eine Verschlechterung der Verläßlichkeit als ein Sensor ergibt.Therefore, the problem with the conventional technique is that in the event of an external impact, changes regarding detection sensitivity for an angle speed and errors regarding the acquisition values tend to occur, causing worsening of the Reliability as a sensor.

Ferner ist bei der herkömmlichen Technik das rahmenförmige Bauteil zum Halten des Oszillators auf dem Substrat vorge sehen; jedoch dient das rahmenförmige Bauteil nur dazu, den Effekt durch Temperaturänderungen zu verringern, und es schwächt nicht den Stoß ab, der zu dem Oszillator von dem Substrat her übertragen wird.Furthermore, in the conventional technique, the frame is Pre-component for holding the oscillator on the substrate see; however, the frame-shaped component only serves to Decrease effect by temperature changes, and it does not attenuate the shock that goes to the oscillator from that Substrate is transferred forth.

In Anbetracht der oben erwähnten Probleme der herkömmlichen Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ei nen Winkelgeschwindigkeitssensor zu schaffen, der in der Lage ist, einen von einem Substrat auf den Oszillator aus geübten Stoß zu dämpfen bzw. abzuschwächen, um zu verhin dern, daß der Stoß auf den Oszillator übertragen wird, so daß die Erfassungsempfindlichkeit und die Erfassungsgenau igkeiten stabilisiert werden können, während die Verläß lichkeit verbessert werden kann.In view of the above-mentioned problems of the conventional ones Technology is the object of the present invention to create NEN angular velocity sensor in the Is able to get one from a substrate onto the oscillator dampen or weaken the shock to prevent it that the shock is transmitted to the oscillator, so that the detection sensitivity and the detection accuracy frequencies can be stabilized while the reliance can be improved.

Diese Aufgabe wird durch einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 oder 2 gelöst. Vorteil hafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Un teransprüche.This task is accomplished through an angular velocity sensor solved according to the features of claim 1 or 2. Advantage adhesive embodiments of the invention are the subject of the Un claims.

Ein erfindungsgemäßer Winkelgeschwindigkeitssensor umfaßt dabei folgende Merkmale: ein Substrat; einen Oszillator bzw. Schwinger, der derart auf, dem Substrat angeordnet ist, daß er relativ zu dem Substrat verschiebbar ist; und einen Stoßdämpfungsmechanismus, der auf dem Substrat angeordnet ist, um den Effekt von einem Stoß auf das Substrat auf ein Schwingen des Oszillators zu dämpfen.An angular velocity sensor according to the invention comprises the following features: a substrate; an oscillator or vibrator which is arranged on the substrate in such a way that it is slidable relative to the substrate; and one Shock absorption mechanism that is placed on the substrate is to the effect of an impact on the substrate on a Dampen oscillation of the oscillator.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfaßt der Winkelgeschwin digkeitssensor folgende Merkmale: ein Substrat; einen Stoß dämpfungsmechanismus, der auf dem Substrat angeordnet ist, um einen Stoß, der auf das Substrat ausgeübt wird, zu dämp fen; einen Oszillator, der unter Verwendung eines Oszilla torhaltebalkens bzw. Oszillatortragebalkens an der Innen seite des Stoßdämpfungsmechanismusses in zwei Richtungen verschiebbar gehalten bzw. getragen wird, die parallel zu dem Substrat und senkrecht zueinander verlaufen. Es ist ei ne Schwingungserzeugungseinrichtung vorgesehen, um den Os zillator in einer Schwingungsrichtung parallel zu einer der zwei Richtungen, nämlich parallel zu dem Substrat, in Schwingung zu versetzen; und es ist eine Winkelgeschwindig keitserfassungseinrichtung vorgesehen, um eine Verschiebung des Oszillators als eine Winkelgeschwindigkeit zu erfassen, wenn der Oszillator in einer Erfassungsrichtung senkrecht zu der Schwingungsrichtung verschoben wird. Der Stoßdämp fungsmechanismus dämpft einen Stoß entlang zumindest der Schwingungsrichtung oder der Erfassungsrichtung, um zu ver hindern, daß der Stoß von dem Substrat auf den Oszillator übertragen wird.In one aspect of the invention, the angular velocity includes density sensor features: a substrate; a bump damping mechanism, which is arranged on the substrate, to dampen a shock applied to the substrate fen; an oscillator using an Oszilla Gate support bar or oscillator support bar on the inside side of the shock absorbing mechanism in two directions is slidably held or carried parallel to the substrate and perpendicular to each other. It is egg ne vibration generator provided to the Os zillator in a direction of vibration parallel to one of the two directions, namely parallel to the substrate, in To vibrate; and it's an angular speed keitsereinrichtung provided for a shift of the oscillator as an angular velocity, when the oscillator is perpendicular in a detection direction is shifted to the direction of vibration. The shock absorber mechanism dampens a shock along at least the Direction of vibration or the direction of detection to ver prevent the shock from the substrate to the oscillator is transmitted.

Indem der Sensor wie oben beschrieben ausgebildet wird, kann der Oszillator in der Erfassungsrichtung entsprechend einer Winkelgeschwindigkeit verschoben werden, die auf das Substrat in einem Schwingungszustand in einer von der Schwingungserzeugungseinrichtung vorbestimmten Schwingungs richtung ausgeübt wird, während die Winkelgeschwindigkeits erfassungseinrichtung die Verschiebung des Oszillators als die Winkelgeschwindigkeit erfassen kann. Wenn ferner ein Stoß von außen her entlang der Schwingungsrichtung oder der Erfassungsrichtung auf das Substrat ausgeübt wird, wird der Stoß durch den Stoßdämpfungsmechanismus gedämpft bzw. abge schwächt. Als eine Folge davon kann der Oszillator in einem im wesentlichen stabilen Schwingungszustand gegenüber einem Stoß gehalten werden, und es kann verhindert werden, daß er durch einen Stoß in der Erfassungsrichtung verschoben wird.By designing the sensor as described above, can the oscillator in the detection direction accordingly an angular velocity that is shifted to that Substrate in a vibrating state in one of the Vibration generator predetermined vibration direction is exercised while the angular velocity detection device the displacement of the oscillator as can capture the angular velocity. If further a Impact from the outside along the direction of vibration or Direction of detection is exerted on the substrate Shock absorbed or abge by the shock absorption mechanism weakens. As a result, the oscillator can be used in one essentially stable vibrational state with respect to one Shock can be held, and it can be prevented is displaced in the detection direction by an impact.

Der Stoßdämpfungsmechanismus kann aus einem Rahmenhaltebal ken bzw. Rahmentragebalken, der in dem Substrat vorgesehen ist, und einem Rahmen, der durch den Rahmenhaltebalken an dem Substrat in zumindest entweder der Schwingungsrichtung oder der Erfassungsrichtung verschiebbar gehalten bzw. ge tragen wird, ausgebildet sein, wobei der Oszillator über den Oszillatorhaltebalken bzw. Oszillatortragebalken an dem Rahmen in sowohl der Schwingungsrichtung als auch der Er fassungsrichtung verschiebbar gehalten bzw. getragen wird.The shock absorbing mechanism can be made from a frame bracket ken or frame support beam provided in the substrate and a frame attached by the frame support bar the substrate in at least either the direction of vibration or the detection direction slidably held or ge wear will be formed, with the oscillator over the oscillator support beam or oscillator support beam on the Frame in both the direction of vibration and the Er direction is held or carried.

Aufgrund dieser Struktur kann ein Stoß, wenn er von außen her auf das Substrat ausgeübt wird, durch den Rahmenhalte balken und den Rahmen zur Außenseite des Oszillators ge dämpft bzw. abgeschwächt werden, und es kann verhindert werden, daß er auf den Oszillator übertragen wird. Da der Oszillator ferner durch den Oszillatorhaltebalken innerhalb des Rahmens gehalten wird, kann der Oszillator entsprechend einer Winkelgeschwindigkeit verschoben werden, während er in diesem Zustand schwingt bzw. oszilliert.Because of this structure, a shock when it comes from the outside is exerted on the substrate by the frame holder beams and the frame to the outside of the oscillator dampened or weakened, and it can be prevented be transferred to the oscillator. Since the Oscillator further through the oscillator support bar inside the frame is held, the oscillator can accordingly an angular velocity while being moved vibrates or oscillates in this state.

Eine Gesamtresonanzfrequenz des Oszillators, des Oszilla torhaltebalkens und des Rahmens kann derart gesetzt bzw. eingestellt werden, daß sie 1/√2 mal größer als oder klei ner als die Oszillatorresonanzfrequenz ist.A total resonance frequency of the oscillator, the Oszilla gate support bar and the frame can be set or can be set to 1 / √2 times larger than or too small ner than the oscillator resonance frequency.

Aufgrund dieser Struktur kann es, wenn ein Stoß mit einer Wellenform nahe der Resonanzfrequenz des Oszillators auf das Substrat angewendet bzw. ausgeübt wird, im wesentlichen verhindert werden, daß der gesamte Rahmenabschnitt ein schließlich des Oszillators und des Oszillatorhaltebalkens durch den Stoß in Schwingung versetzt wird, so daß die Stoßwellenform, die einen großen Effekt auf den Oszillator hat, im wesentlichen gedämpft werden kann.Because of this structure, it can when a shock with a Waveform near the resonant frequency of the oscillator the substrate is applied or practiced, essentially be prevented that the entire frame section finally the oscillator and the oscillator support bar is vibrated by the impact, so that the Shock waveform that has a big effect on the oscillator has, can be damped essentially.

Ferner kann das Substrat mit einem Halteabschnitt bzw. Tra geabschnitt versehen sein, der außerhalb des Rahmens derart angeordnet ist, daß er den Rahmen umgibt, um den Rahmen über den Rahmenhaltebalken zu halten bzw. zu tragen, und es ist ein Dämpfungszwischenraumabschnitt bzw. Dämpfungsab standabschnitt, der einen Teil des Stoßdämpfungsmechanis musses bildet, zwischen dem Halteabschnitt und dem Rahmen zum Komprimieren von Gas angeordnet, wenn der Rahmen ver schoben wird. Furthermore, the substrate can be provided with a holding section or tra be section provided outside of the frame in such a way is arranged so that it surrounds the frame, around the frame to hold or carry over the frame support beam, and it is a damping gap portion stand section, which is part of the shock absorbing mechanism must form between the holding section and the frame arranged to compress gas when the frame ver is pushed.

Aufgrund dieser Struktur ist Gas, wie Luft, das in einem Gehäuse des Winkelgeschwindigkeitssensors eingeschlossen ist, beispielsweise in den Dämpfungsabstandabschnitten vor handen, so daß das Gas eine Dämpfungsfunktion hat. Wenn ein Stoß von außen her auf das Substrat ausgeübt wird, wird der gesamte Rahmenabschnitt einschließlich des Oszillators und des Oszillatorhaltebalkens durch den Stoß in Schwingung versetzt, so daß das Gas innerhalb der Dämpfungsabstandab schnitte durch den Rahmen oder den Rahmenhaltebalken gegen das Substrat zusammengedrückt bzw. komprimiert wird, und dadurch die Schwingung des Rahmens durch das Gas gedämpft wird.Because of this structure, gas, like air, is all in one Angular velocity sensor housing included is, for example, in the damping spacing sections act so that the gas has a damping function. When a Impact is exerted on the substrate from the outside entire frame section including the oscillator and of the oscillator support beam vibrates due to the impact offset so that the gas falls within the damping distance cut through the frame or the frame support beam the substrate is compressed or compressed, and thereby dampening the vibration of the frame by the gas becomes.

Der Oszillator kann derart ausgebildet sein, daß er in ei ner Oszillationsrichtung bzw. Schwingungsrichtung parallel zu dem Substrat und in einer Erfassungsrichtung orthogonal bzw. senkrecht zu dem Substrat verschiebbar ist, und der Stoßdämpfungsmechanismus kann derart ausgebildet sein, daß er einen Stoß in der Schwingungsrichtung dämpft und verhin dert, daß der Stoß von dem Substrat auf den Oszillator übertragen wird.The oscillator can be designed such that it in egg ner direction of oscillation or direction of vibration parallel orthogonal to the substrate and in a detection direction or is displaceable perpendicular to the substrate, and the Shock absorption mechanism can be designed such that it dampens and prevents a shock in the direction of vibration that the impact from the substrate to the oscillator is transmitted.

Aufgrund dieser Struktur kann der Oszillator, während er entlang einer Ebene parallel zu dem Substrat in Schwingung versetzt wird, in der Erfassungsrichtung senkrecht zu die ser Ebene entsprechend einer Winkelgeschwindigkeit verscho ben werden, und der Stoßdämpfungsmechanismus kann einen Stoß dämpfen, der auf das Substrat entlang der Schwingungs richtung ausgeübt wird.Because of this structure, the oscillator can operate while it vibrating along a plane parallel to the substrate is displaced in the detection direction perpendicular to the This plane shifted according to an angular velocity ben, and the shock absorbing mechanism can one Dampen the impact on the substrate along the vibration direction is exercised.

Der Oszillator kann derart ausgebildet sein, daß er in Schwingungs- und Erfassungsrichtungen parallel zu dem Sub strat und senkrecht zueinander verschiebbar ist, und der Stoßdämpfungsmechanismus kann derart ausgebildet sein, daß er einen Stoß in zumindest entweder der Schwingungsrichtung oder der Erfassungsrichtung dämpft und verhindert, daß der Stoß von dem Substrat auf den Oszillator übertragen wird. The oscillator can be designed such that it is in Vibration and detection directions parallel to the sub is strat and perpendicular to each other, and the Shock absorption mechanism can be designed such that he bumped in at least either the direction of vibration or dampens the direction of detection and prevents the Shock is transmitted from the substrate to the oscillator.

Aufgrund der Struktur kann der Oszillator, während er ent lang einer Ebene parallel zu dem Substrat in Schwingung versetzt wird, in der Erfassungsrichtung entlang der Ebene entsprechend einer Winkelgeschwindigkeit verschoben werden, und kann der Stoßdämpfungsmechanismus einen Stoß dämpfen, der auf das Substrat entlang zumindest der Schwingungsrich tung oder der Erfassungsrichtung ausgeübt wird.Due to the structure, the oscillator can be used while vibrate along a plane parallel to the substrate is displaced in the detection direction along the plane are shifted according to an angular velocity, and the shock absorbing mechanism can dampen a shock, that on the substrate along at least the direction of vibration tion or the direction of detection is exercised.

Ferner können der Oszillator, der Oszillatorhaltebalken und der Stoßdämpfungsmechanismus einheitlich durch ein einkri stallines oder polykristallines Siliziummaterial mit einem geringen Widerstand ausgebildet werden.Furthermore, the oscillator, the oscillator holding bar and the shock-absorbing mechanism uniformly by a single stalline or polycrystalline silicon material with a low resistance are formed.

Aufgrund der Struktur kann durch Mikroprägen ("microembos sing"), wie Ätzen, eines einkristallinen oder polykristal linen Siliziummaterials der Oszillator, der Oszillatorhal tebalken und der Stoßdämpfungsmechanismus gleichzeitig und effizient ausgebildet werden.Due to the structure, micro - embossing ("microembos sing "), such as etching, single crystal or polycrystalline Linen silicon material the oscillator, the oscillator neck beam and the shock absorbing mechanism at the same time and be trained efficiently.

Zum Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung sind in den Zeichnungen verschiedene Formen gezeigt, die derzeit bevor zugt sind, wobei es jedoch ersichtlich sein sollte, daß die Erfindung nicht auf die genauen gezeigten Anordnungen und Instrumentarien beschränkt sein soll.For the purpose of illustrating the invention are in the Drawings shown different shapes that are currently before are added, but it should be apparent that the Invention not based on the exact arrangements shown and Instruments should be limited.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die weitere Merkmale, Elemente, Charakteristika und Vortei le der Erfindung darstellen, werden nachfolgend bezugneh mend auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich erläu tert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention, the further characteristics, elements, characteristics and advantage le of the invention are referred to below Detailed explanations on the attached drawings tert. Show it:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Winkelgeschwindigkeits sensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Figure 1 is a plan view of an angular velocity sensor according to a first embodiment of the present invention.

Fig. 2 eine längsgeschnittene Ansicht des Winkelge schwindigkeitssensors bei der Linie II-II, be trachtet in der Pfeilrichtung in Fig. 1; Fig. 2 is a longitudinal sectional view of the Winkelge speed sensor on the line II-II, viewed in the direction of the arrow in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung, die ein dynami sches Modell eines Substrats und eines Gesamt massenabschnitts zeigt; Fig. 3 is a schematic diagram showing a dynamic model of a substrate and an overall mass portion;

Fig. 4 ein Kennliniendiagramm, das die Beziehung zwi sehen einem Frequenzverhältnis entsprechend einer Frequenz einer Stoßwellenform und einem Amplitu denverhältnis entsprechend einer Amplitude des Gesamtmassenabschnitts darstellt; Fig. 4 is a characteristic diagram Zvi see a frequency ratio corresponding to a frequency of a shock wave form and a Amplitu denverhältnis corresponding to an amplitude of the total mass portion showing the relationship;

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Winkelgeschwindigkeits sensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 5 is a plan view of an angular velocity sensor according to a second embodiment of the present invention;

Fig. 6 eine längsgeschnittene Ansicht des Winkelge schwindigkeitssensors bei der Linie VI-VI be trachtet in der Pfeilrichtung in Fig. 5. Fig. 6 is a longitudinal sectional view of the Winkelge speed sensor on the line VI-VI be viewed in the direction of the arrow in Fig. 5th

Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlicher mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.The preferred embodiments of the present invention in more detail with reference to Drawings explained.

Ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß den Ausführungsfor men der vorliegenden Erfindung wird unten mit Bezug auf die Fig. 1 bis 6 ausführlich beschrieben werden.An angular velocity sensor according to the embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 6.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine erste Ausführungsform der vor liegenden Erfindung, wobei das Bezugszeichen 1 ein rechtec kiges Substrat bezeichnet, das einen Körper eines Winkelge schwindigkeitssensors bildet und aus einem Siliziummaterial mit einem hohen Widerstand, einem Glasmaterial, oder der gleichen hergestellt ist. Figs. 1 to 4 show a first embodiment which is manufactured prior to lying invention, wherein reference numeral 1 denotes a Rectangular Parallelepiped kiges substrate forming a body of a Winkelge velocity sensor and of a silicon material having a high resistance, a glass material, or the like.

Das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Trageabschnitt bzw. Halteabschnitt, der fest an dem Substrat 1 angebracht ist. Der Halteabschnitt 2 ist aus einem rechteckigen Rahmen aus gebildet, der einen inneren Rahmen 6 und einen Oszillator 9, die später beschrieben werden, usw. umgibt.Reference numeral 2 denotes a support section or holding section which is fixedly attached to the substrate 1 . The holding portion 2 is formed from a rectangular frame, which surrounds an inner frame 6 and an oscillator 9 , which will be described later, etc.

Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Stoßdämpfungsmechanis mus, der zwischen dem Halteabschnitt 2 und dem Oszillator 9 angeordnet ist und der von vier Rahmenhaltebalken bzw. Rah mentragebalken 4, 4,. ., die später beschrieben werden, ge bildet wird.The reference numeral 3 denotes a shock absorption mechanism, which is arranged between the holding section 2 and the oscillator 9 and of four frame support beams or frame support beams 4 , 4 ,. ., which will be described later, is formed.

Die Rahmenhaltebalken 4, 4. . sind zwischen dem Halteab schnitt 2 und dem Rahmen 6 angeordnet. Ein Paar der Rahmen haltebalken sind bei jeder der Lateralseiten bzw. Quersei ten des Rahmens 6 relativ zu der X-Achsenrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, angeordnet. Jeder Rahmenhaltebalken 4 wird von sich in der Y-Achsenrichtung erstreckenden Ab schnitten 4A und 4A und von Verbindungsabschnitten 4B zum Verbinden jedes sich erstreckenden bzw. ausgedehnten Ab schnitts 4A in einem Zustand einer umgekehrten U-Form ge bildet. Jeder ausgedehnte Abschnitt 4A befindet sich zwi schen dem Halteabschnitt 2 und dem Rahmen 6 und bildet ei nen kleinen Zwischenraumabschnitt bzw. Abstandabschnitt 5 zum Vorsehen einer Dämpfung in der X-Achsenrichtung. In diesen Abstandabschnitten 5 ist Gas, wie Luft, das in einem Gehäuse (nicht dargestellt) des Winkelgeschwindigkeitssen sors eingeschlossen ist, vorhanden, und jeder Abstandab schnitt zum Dämpfen komprimiert das Gas, wenn der Rahmen 6 in der X-Achsenrichtung verschoben wird.The frame support beams 4 , 4 . . are arranged between the Halteab section 2 and the frame 6 . A pair of the frame support beams are arranged on each of the lateral sides of the frame 6 relative to the X-axis direction shown in FIG. 1. Each frame support beam 4 is formed from sections extending in the Y-axis direction from 4 A and 4 A and from connecting sections 4 B for connecting each extending or extended section from 4 A in a state of an inverted U-shape. Each extended section 4 A is located between the holding section 2 and the frame 6 and forms a small space section 5 for providing damping in the X-axis direction. In these spacer portions 5, there is gas such as air enclosed in a housing (not shown) of the angular velocity sensor, and each spacer portion for damping compresses the gas when the frame 6 is displaced in the X-axis direction.

Der Rahmen 6 ist derart ausgebildet, daß er eine rechtecki ge Form aufweist, die die Oszillatorhaltebalken 8, 8,. . und den Oszillator 9, die später beschrieben werden, um gibt. Der Rahmen 6 wird von jedem Rahmentragebalken 4 der art gehalten bzw. gestützt, daß er in der X-Achsenrichtung in einem von der oberen Oberfläche bzw. Oberseite des Sub strats 1 beabstandeten Zustand verschiebbar ist. The frame 6 is designed such that it has a rectangular shape, which the oscillator support beams 8 , 8,. . and the oscillator 9 to be described later. The frame 6 is held or supported by each frame support beam 4 of the kind that it is displaceable in the X-axis direction in a state spaced from the upper surface or top of the sub strate 1 .

Der Rahmen 6, jeder Oszillatorhaltebalken 8 und der Oszil lator 9 bilden einen Gesamtmassenabschnitt 7, der schwing bar bzw. oszillierbar an jedem Rahmenhaltebalken 4 in der X-Achsenrichtung gehalten wird. Der Gesamtmassenabschnitt 7 hat eine vorbestimmte Gesamtresonanzfrequenz ω₀. Die Ge samtresonanzfrequenz ω₀ wird gesetzt bzw. eingestellt, in dem beispielsweise eine Masse des Rahmens 6 oder ein Feder koeffizient von jedem Rahmenhaltebalken 4 eingestellt wird, und hat eine Beziehung relativ zu einer Resonanzfrequenz ω₁ des Oszillators 9, die durch die folgende numerische Glei chung 1 dargestellt wird.The frame 6 , each oscillator support beam 8 and the oscillator 9 form a total mass section 7 , which is held on each frame support beam 4 in the X-axis direction so as to be oscillatable or oscillatable. The total mass section 7 has a predetermined total resonance frequency ω ₀ . The total resonance frequency ω ₀ is set, for example, by setting a mass of the frame 6 or a spring coefficient of each frame holding beam 4 , and has a relation relative to a resonance frequency ω _{1 of} the oscillator 9 , which is represented by the following numerical equation chung 1 is shown.

[Numerische Gleichung 1] [Numerical equation 1]

Dadurch dämpft der Rahmen 6, wenn ein Stoß in der X- Achsenrichtung von außen her auf das Substrat 1 ausgeübt wird, den Stoß wirksam, um zu verhindern, daß dieser von dem Substrat in Verbindung mit jedem Rahmenhaltebalken 4 auf den Oszillator 9 übertragen wird.Thereby, when a shock is applied to the substrate 1 from the outside in the X-axis direction, the frame 6 effectively dampens the shock to prevent it from being transmitted from the substrate in connection with each frame holding beam 4 to the oscillator 9 .

Jeder Oszillatorhaltebalken 8 ist derart ausgebildet, daß er sich in der Y-Achsenrichtung erstreckt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Zwei der Oszillatorhaltebalken 8 und 8 sind bei vorderen und hinteren Seiten bei jeder Seite des Oszil lators 9 relativ zu der Y-Achsenrichtung angeordnet, d. h. es gibt vier von diesen, die den Oszillator 9 zwischen sich anordnen.Each oscillator support beam 8 is formed to extend in the Y-axis direction as shown in FIG. 1. Two of the oscillator support beams 8 and 8 are arranged on the front and rear sides on each side of the oscillator 9 relative to the Y-axis direction, that is, there are four of them which place the oscillator 9 between them.

Der Oszillator 9 hat im wesentlichen eine quadratische Form und wird durch Mikroprägen, wie beispielsweise Ätzen, eines einkristallinen oder polykristallinen Siliziummaterials mit einem geringen Widerstand gleichzeitig zusammen mit dem Halteabschnitt 2, den Haltebalken 4 und 8, dem Rahmen 6, und den Schwingungsfixierungsabschnitten 10/Elektroden 11 und 12, die später beschrieben werden, ausgebildet.The oscillator 9 has a substantially square shape and is simultaneously micro-embossed, such as etched, of a single crystal or polycrystalline silicon material with a low resistance together with the holding section 2 , the holding beams 4 and 8 , the frame 6 , and the vibration fixing sections 10 / electrodes 11 and 12 , which will be described later.

Der Oszillator 9 wird von jedem Oszillatorhaltebalken 8 derart gehalten, daß er in der X-Achsenrichtung und Z- Achsenrichtung in einem beabstandeten Zustand von dem Sub strat verschiebbar gehalten wird. Der Oszillator 9 wird in der Richtung, die durch einen Pfeil a in Fig. 1 angezeigt ist, innerhalb des Rahmens 6 durch Schwingungserzeugungsab schnitte 13, die später beschrieben werden, in Schwingung versetzt, so daß er bei der Resonanzfrequenz ω₁ in der X- Achsenrichtung schwingt bzw. oszilliert.The oscillator 9 is held by each oscillator support beam 8 such that it is slidably held in the X-axis direction and the Z-axis direction in a spaced state from the substrate. The oscillator 9 is vibrated in the direction indicated by an arrow a in Fig. 1 within the frame 6 by Schwingungsgenerationsab sections 13 , which will be described later, so that it at the resonance frequency ω ₁ in the X- Axis direction swings or oscillates.

Die zwei Schwingungsfixierungsabschnitte bzw. Schwingungs befestigungsabschnitte 10 sind fest an dem Substrat 1 ange bracht. Jeder Schwingungsfixierungsabschnitt 10 ist jeweils bei beiden Querseiten in der X-Achsenrichtung des Oszilla tors 9 angeordnet.The two vibration fixing sections or vibration fixing sections 10 are firmly attached to the substrate 1 . Each vibration fixing section 10 is arranged on both transverse sides in the X-axis direction of the oscillator 9 .

Die Schwingungselektroden 11 des feststehenden Teils bzw. die feststehenden Schwingungselektroden 11 sind in jedem Schwingungsfixierungsabschnitt 10 angeordnet. Jede festste hende Schwingungselektrode 11 ist derart ausgebildet, daß sie mehrere Elektrodenplatten 11A, 11A,. . aufweist, die in Richtung von Schwingungselektroden 12 eines beweglichen Teils bzw. von bewegliche Schwingungselektroden 12, die später beschrieben werden, hervorstehen.The vibrating electrodes 11 of the fixed part or the fixed vibrating electrodes 11 are arranged in each vibration fixing section 10 . Each festste rising vibration electrode 11 is formed such that it comprises several electrode plates 11 A, 11 A ,. . has, which protrude in the direction of vibration electrodes 12 of a movable part or movable vibration electrodes 12 , which will be described later.

Die beweglichen Schwingungselektroden 12 sind bei Quersei ten des Oszillators 9 angeordnet. Jede bewegliche Schwin gungselektrode 12 hat mehrere Elektrodenplatten 12A, 12A,. ., die derart wechselweise angeordnet sind, um mit jeder Elektrodenplatte 11A der feststehenden Schwingungselektrode 11 ineinander zu greifen. Zwischen den Elektrodenplatten 11A und 12A ist ein kleiner Abstandabschnitt in der Y- Achsenrichtung ausgebildet. Die Masse von jeder beweglichen Schwingungselektrode 12 bildet einen Teil der Masse des Os zillators 9.The movable vibrating electrodes 12 are arranged at the transverse sides of the oscillator 9 . Each movable vibration electrode 12 has a plurality of electrode plates 12 A, 12 A ,. ., which are arranged alternately so that each electrode plate 11 A of the fixed vibration electrode 11 interlock. A small spacing portion is formed in the Y-axis direction between the electrode plates 11 A and 12 A. The mass of each movable vibration electrode 12 forms part of the mass of the Os zillators 9th

Die Bezugszeichen 13 und 13 bezeichnen rechte und linke Schwingungserzeugungsabschnitte, die als Schwingungserzeu gungseinrichtung wirken. Jeder Schwingungserzeugungsab schnitt 13 wird von einer der feststehenden Schwingungse lektroden 11 und einer der beweglichen Schwingungselektro den 12 gebildet. Schwingungsantriebssignale, wie beispiels weise Pulswellen und Sinuswellen, die 180° außer Phase mit einander sind und eine Frequenz entsprechend der Resonanz frequenz ω₁ des Oszillators 9 aufweisen, werden jeweils an die Elektroden 11 und 12 angelegt, so daß die rechten und linken Schwingungserzeugungsabschnitte 13 wechselweise elektrostatische Anziehungskräfte in der rechten und linken Richtung des Oszillators 9 anwenden bzw. ausüben, wodurch der Oszillator 9 in der X-Achsenrichtung bei einer Reso nanzfrequenz ω₁ in Schwingung versetzt wird.Reference numerals 13 and 13 denote right and left vibration generating portions which act as a vibration generator. Each vibration generating section 13 is formed by one of the fixed vibrating electrodes 11 and one of the movable vibrating electrodes 12 . Vibration drive signals, such as pulse waves and sine waves, which are 180 ° out of phase with each other and have a frequency corresponding to the resonance frequency ω _{1 of} the oscillator 9 , are applied to the electrodes 11 and 12 , respectively, so that the right and left vibration generating sections 13 alternately Apply or exert electrostatic attractive forces in the right and left direction of the oscillator 9 , whereby the oscillator 9 is set in vibration in the X-axis direction at a resonance frequency ω ₁ .

Das Bezugszeichen 14 bezeichnet einen Winkelgeschwindig keitserfassungsabschnitt, der als eine Winkelgeschwindig keitserfassungseinrichtung wirkt. Wie es am besten in Fig. 2 zu sehen ist, wird der Winkelgeschwindigkeitserfassungs abschnitt 19 von einer Erfassungselektrode 15 eines fest stehenden Teils bzw. einer feststehenden Erfassungselektro de 15 gebildet, die auf dem Substrat 1 angeordnet ist. Der Oszillator 9 ist der feststehenden Erfassungselektrode 15 über einen Zwischenraumabschnitt bzw. Abstandabschnitt in der Z-Achsenrichtung gegenüberliegende angeordnet, und der Oszillator 9 und die Elektrode 15 bilden einen Parallel plattenkondensator.Reference numeral 14 denotes an angular velocity detection section which functions as an angular velocity detection means. As can best be seen in FIG. 2, the angular velocity detection section 19 is formed by a detection electrode 15 of a fixed part or a fixed detection electrode 15 , which is arranged on the substrate 1 . The oscillator 9 is disposed opposite the fixed detection electrode 15 through a space portion in the Z-axis direction, and the oscillator 9 and the electrode 15 form a parallel plate capacitor.

Der Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitt 14 erfaßt ei ne Verschiebung in der Z-Achsenrichtung als der Erfassungs richtung, wenn der Oszillator 9 in der Z-Achsenrichtung verschoben wird, indem Änderungen bezüglich der elektrosta tischen Kapazität zwischen dem Oszillator 9 und der fest stehenden Erfassungselektrode 15 erfaßt werden, so daß ein Erfassungssignal entsprechend einer Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse ausgegeben wird.The angular velocity detection section 14 detects a shift in the Z-axis direction as the detection direction when the oscillator 9 is shifted in the Z-axis direction by detecting changes in the electrostatic capacitance between the oscillator 9 and the fixed detection electrode 15 , so that a detection signal corresponding to an angular velocity around the Y axis is output.

Der Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die oben erwähnte Struktur. Als nächstes wird der Betrieb von ihm beschrieben werden.The angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention has the above-mentioned structure. Next, the operation of it will be described.

Wenn ein Treibersignal bzw. Antriebssignal (nicht darge stellt), das eine entgegengesetzte Phase zu einer Vorspan nung hat, an die rechten und linken Schwingungserzeugungs abschnitte 13 angelegt wird, werden elektrostatische Anzie hungskräfte wechselweise an den Oszillator 9 in Richtung der rechten Seite oder der linken Seite von jedem Schwin gungserzeugungsabschnitt 13 entlang der X-Achsenrichtung ausgeübt, wodurch der Oszillator 9 innerhalb des Rahmens 6 in der Richtung, die durch einen Pfeil a in Fig. 1 ange zeigt wird, bei der Resonanzfrequenz ω₁ in Schwingung ver setzt wird.When a drive signal or drive signal (not shown) which has an opposite phase to a bias voltage is applied to the right and left vibration generating portions 13 , electrostatic attraction forces are alternately applied to the oscillator 9 toward the right or the left Side of each vibration generating section 13 exerted along the X-axis direction, whereby the oscillator 9 within the frame 6 in the direction indicated by an arrow a in Fig. 1, at the resonance frequency ω ₁ in vibration ver.

Wenn eine Winkelgeschwindigkeit Ω um die Y-Achsenrichtung in diesem resonanten Zustand hinzugefügt bzw. hinzuaddiert wird, wird eine Corioliskraft (Trägheitskraft) F, die in der folgenden numerischen Gleichung 2 gezeigt ist, auf den Oszillator 9 entlang der Z-Achsenrichtung ausgeübt, so daß der Oszillator 9 durch die Corioliskraft F in der Z- Achsenrichtung verschoben wird.When an angular velocity Ω around the Y-axis direction is added in this resonant state, a Coriolis force (inertial force) F shown in the following numerical equation 2 is applied to the oscillator 9 along the Z-axis direction so that the oscillator 9 is displaced in the Z-axis direction by the Coriolis force F.

[Numerical equation 2]

F = 2 m Ω v
F = 2 m Ω v

wobei gilt:
m: eine Masse des Oszillators 9
Ω: eine Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achsenrichtung
v: eine Geschwindigkeit des Oszillators 9 in der X- Achsenrichtung. where:
m: a mass of the oscillator 9
Ω: an angular velocity around the Y-axis direction
v: a speed of the oscillator 9 in the X-axis direction.

Wenn der Oszillator 9 in der Z-Achsenrichtung verschoben wird, ändert sich die Größe des Abstandsabschnitts zwischen dem Oszillator 9 und der feststehenden Erfassungselektrode 15 entsprechend der Verschiebung, so daß der Winkelge schwindigkeitserfassungsabschnitt 14 eine Änderung bezüg lich der elektrostatischen Kapazität entsprechend der Größe in dem Abstandabschnitt zwischen dem Oszillator 9 und der feststehenden Erfassungselektrode 15 als eine Winkelge schwindigkeit erfaßt, um so ein Erfassungssignal entspre chend der Winkelgeschwindigkeit Ω auszugeben.When the oscillator 9 is shifted in the Z-axis direction, the size of the spacing portion between the oscillator 9 and the fixed detection electrode 15 changes in accordance with the shift, so that the angular velocity detection portion 14 changes the electrostatic capacitance in accordance with the size in the spacing portion detected between the oscillator 9 and the fixed detection electrode 15 as a Winkelge speed so as to output a detection signal accordingly the angular velocity Ω.

Wenn ein Stoß in der X-Achsenrichtung auf den Winkelge schwindigkeitssensor ausgeübt wird, wird der Stoß, da der Stoßdämpfungsmechanismus 3 zwischen dem Substrat 1 und dem Oszillator 9 liegt, durch jeden Rahmenhaltebalken 4 und den Rahmen 6 von diesem gedämpft, wodurch der Effekt bzw. die Wirkung auf den Oszillator 9 gehemmt bzw. unterdrückt wird, wie es später beschrieben werden wird.When a shock is applied to the Winkelge speed sensor in the X-axis direction, since the shock absorbing mechanism 3 is located between the substrate 1 and the oscillator 9 , the shock is damped by each frame support beam 4 and the frame 6 thereof, whereby the effect or the effect on the oscillator 9 is inhibited or suppressed, as will be described later.

Der Vorgang zum Dämpfen des Stoßes wird unter Verwendung eines in Fig. 3 gezeigten dynamischen Modells des Winkelge schwindigkeitssensors beschrieben werden.The shock absorbing process will be described using a dynamic model of the angular rate sensor shown in FIG. 3.

Eine Wellenform des Stoßes, der auf das Substrat 1 ausgeübt wird, wird durch die folgende numerische Gleichung 3 unter Verwendung einer Amplitude A, einer Frequenz ω, einer Ver schiebung z, und einer Zeit t dargestellt.A waveform of the shock applied to the substrate 1 is represented by the following numerical equation 3 using an amplitude A, a frequency ω, a shift z, and a time t.

Numerical Equation 3

z = A Sin(ωt)z = A Sin (ωt)

Wenn der Stoß entsprechend der numerischen Gleichung 3 auf das Substrat 1 ausgeübt bzw. angewendet wird, wird die Be wegungsgleichung des Gesamtmassenabschnitts 7 durch die folgende numerische Gleichung 4 dargestellt. When the impact is applied to the substrate 1 according to the numerical equation 3, the equation of motion of the total mass portion 7 is represented by the following numerical equation 4.

[Numerical equation 4]

M + C + kx = C + kz
M + C + kx = C + kz

wobei gilt:
M: eine Masse des Gesamtmassenabschnitts 7
C: ein Dämpfungskoeffizient von jedem Rahmenhaltebalken 4, usw. bezüglich der Oszillation bzw. Schwingung des Rahmens 6
K: ein Federkoeffizient der gesamten Rahmenhaltebalken 4
X: eine Verschiebung des Gesamtmassenabschnitts 7.where:
M: a mass of the total mass section 7
C: a damping coefficient of each frame support beam 4 , etc. with respect to the oscillation of the frame 6
K: a spring coefficient of the entire frame support beam 4
X: a displacement of the total mass section 7 .

Durch Lösung der Bewegungsgleichung, die in der numerischen Gleichung 4 dargestellt ist, wird ein Amplitudenverhältnis (xmax/A) der maximalen Verschiebung (Verschiebungsamplitu de) xmax des Gesamtmassenabschnitts 7 relativ zu der Ampli tude A an der Seite des Substrats 1 erhalten, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. In diesem Fall zeigt in Fig. 4 die Ach se der Abszisse ein Frequenzverhältnis (ω/ω₀) der Frequenz ω der Stoßwellenform relativ zu der Resonanzfrequenz ω₀ des Gesamtmassenabschnitts 7. Ferner zeigen charakteristische Kurven bzw. Kennlinien (a), (b), (c), (d) und (e) jeweils Amplitudenverhältnisse (xmax/A) in Fällen, die einen unter schiedlichen Dämpfungskoeffizienten C aufweisen, was später beschrieben werden wird.By solving the equation of motion shown in numerical equation 4, an amplitude ratio (xmax / A) of the maximum displacement (displacement amplitude de) xmax of the total mass section 7 relative to the amplitude A on the side of the substrate 1 is obtained as shown in FIG Fig. 4 is shown. In this case, the axis of the abscissa in FIG. 4 shows a frequency ratio (ω / ω ₀ ) of the frequency ω of the shock waveform relative to the resonance frequency ω _{0 of} the total mass section 7 . Furthermore, characteristic curves or characteristic curves (a), (b), (c), (d) and (e) each show amplitude ratios (xmax / A) in cases which have a different damping coefficient C, which will be described later.

Wie es anhand von Fig. 4 ersichtlich ist, verringern sich die Amplitudenverhältnisse (xmax/A) bei all den Kennlinien (a) bis (e), wenn die Frequenz ω der Stoßwellenform, die auf das Substrat 1 ausgeübt wird, größer als die Resonanz frequenz cao des Gesamtmassenabschnitts 7 ist, so daß das Frequenzverhältnis (ω/ω₀) größer als 1 wird. Insbesondere wird die Amplitude xmax des Gesamtmassenabschnitts 7, wenn das Frequenzverhältnis (ω/ω₀) größer als √2 wird, extrem verringert, wodurch der Stoß, der zu dem Oszillator 9 über tragen wird, wirksam gedämpft wird.As can be seen from FIG. 4, the amplitude ratios (xmax / A) decrease in all the characteristics (a) to (e) when the frequency ω of the shock waveform applied to the substrate 1 is larger than the resonance frequency cao of the total mass section 7 , so that the frequency ratio (ω / ω ₀ ) is greater than 1. Specifically, when the frequency ratio (ω / ω ₀ ) becomes larger than √2, the amplitude xmax of the total mass portion 7 is extremely reduced, whereby the shock that is transmitted to the oscillator 9 is effectively damped.

Als Folge davon kann die Schwingung (Amplitude xmax) des Gesamtmassenabschnitts 7, sogar wenn ein Stoß mit Wellen formen nahe der Resonanzfrequenz ω₁ des Oszillators 9 auf das Substrat 1 ausgeübt wird, derart gehemmt bzw. unter drückt werden, daß sie klein ist, indem zuvor das Frequenz verhältnis (ω₁/ω₀) der Resonanzfrequenz ω₁ und der Reso nanzfrequenz ω₀ des Gesamtmassenabschnitts 7 derart einge stellt wird, daß es größer als √2 ist, wie es in der fol genden numerischen Gleichung 5 dargestellt ist.As a result, the vibration (amplitude xmax) of the total mass portion 7 , even if an impact with waveform near the resonance frequency ω _{1 of} the oscillator 9 is applied to the substrate 1 , can be inhibited or suppressed to be small by previously the frequency ratio (ω ₁ / ω ₀ ) of the resonance frequency ω ₁ and the resonance frequency ω _{0 of} the total mass section 7 is set such that it is greater than √2, as shown in the following numerical equation 5.

[Numerische Gleichung 5] [Numerical equation 5]

Indem beispielsweise die Masse des Rahmens 6 oder der Fe derkoeffizient von jedem Rahmenhaltebalken 4, usw. einge stellt wird, wie es in der numerischen Gleichung 1, die von der numerischen Gleichung 5 her modifiziert wurde, gezeigt ist, wird deshalb das Frequenzverhältnis (ω₁/ω₀) zuvor der art gesetzt bzw. eingestellt, daß es größer als √2 ist, so daß jeglicher Stoß wirksam dabei abgeschwächt bzw. davon abgehalten werden kann, auf den Oszillator 9 übertragen zu werden, sogar wenn ein Stoß, der einen großen Effekt auf den Oszillator 9 hat, weil er eine Frequenz nahe der Reso nanzfrequenz ω₁ aufweist, auf das Substrat 1 übertragen wird.For example, by setting the mass of the frame 6 or the spring coefficient of each frame holding beam 4 , etc., as shown in the numerical equation 1 modified from the numerical equation 5, the frequency ratio (ω ₁ / ω ₀ ) previously set or set so that it is larger than √2, so that any shock can be effectively attenuated or prevented from being transmitted to the oscillator 9 even if a shock which is large Effect on the oscillator 9 , because it has a frequency close to the resonance frequency ω ₁ , is transmitted to the substrate 1 .

Auf der anderen Seite zeigen die Kennlinien (a) bis (e) in Fig. 4 die Amplitudenverhältnisse (xmax/A), wenn ein Dämp fungskoeffizient von jedem Rahmenhaltebalken 4, usw. rela tiv zu einem vorbestimmten kritischen Dämpfungskoeffizien ten C_c geändert wird. Wenn ein Koffizientenverhältnis (C/C_c) durch Setzen bzw. Einstellen des Dämpfungskoeffizienten C auf einen kleinen Wert verringert wird, wie beispielsweise bei der Kennlinie (b), nämlich in dem Frequenzbereich, bei dem das Frequenzverhältnis (ω₁/ω₀) √2 oder mehr ist, kann in diesem Fall die Amplitude xmax des Gesamtmassenab schnitts 7 wirksamer gedämpft bzw. abgeschwächt werden im Vergleich mit jenen der anderen Kennlinien (c) bis (e), die einen größeren Dämpfungskoeffizienten C aufweisen. Jedoch wird in dem Frequenzbereich, bei dem das Frequenzverhältnis ((ω₁/ω₀) geringer als √2 ist, die Amplitude xmax des Ge samtmassenabschnitts 7 vergrößert.On the other hand, the characteristics (a) to (e) in Fig. 4 show the amplitude ratios (xmax / A) when a damping coefficient of each frame holding beam 4 , etc. is rela tively changed to a predetermined critical damping coefficient C _c . When a coefficient ratio (C / C _c ) is reduced to a small value by setting the damping coefficient C, such as in the characteristic (b), namely in the frequency range in which the frequency ratio (ω ₁ / ω ₀ ) √ 2 or more, in this case the amplitude xmax of the Gesamtmassenab section 7 can be damped or weakened more effectively compared to those of the other characteristic curves (c) to (e) which have a larger damping coefficient C. However, in the frequency range in which the frequency ratio ((ω ₁ / ω ₀ ) is less than √2, the amplitude xmax of the total mass portion 7 is increased.

Deshalb sind in der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 kleine Dämpfungsabstandabschnitte 5 zwischen dem Halteabschnitt 2 des Substrats 1 und dem Rahmen 6 angeordnet, so daß der Dämpfungskoeffizient C des Gesamtmassenabschnitts 7 durch die Dämpfungsfunktion des Dämpfungsabstandabschnitts 5 ein schließlich des Gases in diesem ordnungsgemäß bzw. auf an gemessene Weise eingestellt ist.Therefore, in the embodiment of FIGS. 1 and 2, small damping spacing sections 5 are arranged between the holding section 2 of the substrate 1 and the frame 6 , so that the damping coefficient C of the total mass section 7 due to the damping function of the damping spacing section 5 , including the gas in it properly or is set appropriately.

Wenn folglich der Gesamtmassenabschnitt 7 durch einen Stoß in der X-Achsenrichtung in Schwingung versetzt wird, dient das Gas, da es innerhalb jedes Dämpfungsabstandabschnitts 5 gegen den Halteabschnitt 2 durch den Rahmen 6 oder die sich erstreckenden bzw. ausgedehnten Abschnitte 4A von jedem Rahmenhaltebalken 4 zusammengedrückt wird, als ein Dämpfer, um so einen ordnungsgemäßen Dämpfungskoeffizienten C bezüg lich der Schwingung des Gesamtmassenabschnitts 7 vorzuse hen.Accordingly, when the total mass portion 7 is vibrated by an impact in the X-axis direction, the gas serves because it is within each damping spacing portion 5 against the holding portion 2 through the frame 6 or the extending portions 4 A of each frame holding beam 4 is compressed as a damper so as to provide a proper damping coefficient C with respect to the vibration of the total mass portion 7 .

Auf eine derartige Art und Weise ist bei der Ausführungs form der Fig. 1 und 2 der Stoßdämpfungsmechanismus 3 zwi schen dem Substrat 1 und dem Oszillator 9 angeordnet, so daß, wenn ein Stoß auf das Substrat 1 entlang der Schwin gungsrichtung des Oszillators 9 ausgeübt wird, der Stoß durch den Stoßdämpfungsmechanismus 3 sicher gedämpft werden kann, um so zu unterdrücken bzw. zu verhindern, daß der Stoß auf den Oszillator 9 übertragen wird. Dadurch kann der Schwingungserzeugungsabschnitt 13 den Oszillator 9 gegen einen Stoß von außen her konstant bzw. beständig in Schwin gung versetzen, wodurch sich eine verbesserte Erfassungs empfindlichkeit und Erfassungsgenauigkeit des Sensors er gibt, während die Verläßlichkeit erhöht wird.In such a manner, in the execution form of the Fig. 1 and 2 of the shock-absorbing mechanism 3 Zvi rule the substrate 1 and the oscillator 9 arranged so that when an impact on the substrate 1 supply direction along the oscillations of the oscillator is applied 9 , The shock can be damped safely by the shock absorbing mechanism 3 so as to suppress or prevent the shock from being transmitted to the oscillator 9 . As a result, the oscillation generating section 13 can constantly set the oscillator 9 against an impact from the outside in vibration, which results in improved detection sensitivity and detection accuracy of the sensor, while increasing the reliability.

Da der Stoßdämpfungsmechanismus 3 aus jedem Rahmenhaltebal ken 4 und dem Rahmen 6 gebildet wird, und die Resonanzfre quenz ω₀ des Gesamtmassenabschnitts 7 einschließlich des Rahmens 6 derart eingestellt ist, daß sie 1/√2 mal soviel wie oder geringer als die Resonanzfrequenz ω₁ des Oszilla tors 9 ist, kann ein Stoß, wenn er auf das Substrat 1 aus geübt wird, durch jeden Rahmenhaltebalken 4 und den Rahmen 6 an der Außenseite des Oszillators 9 gedämpft werden. Ins besondere kann die Schwingung des Gesamtmassenabschnitts 7 derart unterdrückt bzw. gehemmt werden, daß sie klein ge genüber einer Stoßwellenform mit einer Frequenz in der Nähe der Resonanzfrequenz ω₁ des Oszillators 9 ist, während die Wirksamkeit der Dämpfung einer derartigen Stoßwellenform mit einem großen Effekt auf den Oszillator 9 verbessert werden kann.Since the shock absorbing mechanism 3 is formed from each frame bracket 4 and the frame 6 , and the resonance frequency ω _{0 of} the total mass portion 7 including the frame 6 is set to be 1 / √2 times as much or less than the resonance frequency ω _{1 of} the Oszilla tors 9 , a shock, if it is exercised on the substrate 1 , can be dampened by each frame support beam 4 and the frame 6 on the outside of the oscillator 9 . In particular, the vibration of the total mass portion 7 can be suppressed or inhibited so that it is small compared to a shock waveform having a frequency near the resonance frequency ω _{1 of} the oscillator 9 , while the effectiveness of damping such a shock waveform with a large effect the oscillator 9 can be improved.

Ferner sind die Dämpfungsabstandabschnitte 5 derart ange ordnet, daß das Gas, wenn der Rahmen 6 durch einen Stoß in der X-Achsenrichtung in Schwingung versetzt wird, innerhalb jedes Dämpfungsabstandsabschnitts 5 als Dämpfungsmittel bzw. als Dämpfer einen geeigneten bzw. ordnungsgemäßen Dämpfungskoeffizienten C bezüglich der Schwingung des Ge samtmassenabschnitts 7 vorsehen kann. Indem beispielsweise die Größen und Formen, usw. bezüglich der Rahmenhaltebalken 4 und der Dämpfungsabstandabschnitte 5 geändert werden, kann der Dämpfungskoeffizient C leicht eingestellt werden, während die Dämpfungswirksamkeit bezüglich des Stoßes wei ter verbessert werden kann.Furthermore, the damping spacing sections 5 are arranged such that the gas, when the frame 6 is vibrated by an impact in the X-axis direction, within each damping spacing section 5 as a damping means or as a damper, a suitable or proper damping coefficient C with respect to the vibration of the total mass section 7 can provide. For example, by changing the sizes and shapes, etc., of the frame support beams 4 and the cushioning spacing portions 5 , the cushioning coefficient C can be easily adjusted, while the cushioning efficiency regarding the shock can be further improved.

Als nächstes zeigen die Fig. 5 und 6 eine zweite Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung. Das Merkmal der zwei ten Ausführungsform besteht darin, daß Stöße, die auf den Winkelgeschwindigkeitssensor in sowohl der Schwingungsrich tung als auch der Erfassungsrichtung ausgeübt werden, ge dämpft werden können. Zusätzlich dazu bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. ähnliche Abschnitte, die Struk turen aufweisen, welche bei der ersten und zweiten Ausfüh rungsform gemeinsam vorhanden sind, weshalb eine Beschrei bung hiervon weggelassen wird.Next, FIGS. 5 and 6, a second exporting approximately of the present invention. The feature of the two-th embodiment is that shocks exerted on the angular velocity sensor in both the direction of vibration and the detection direction can be damped. In addition, the same reference numerals designate the same or similar portions having structures which are common to the first and second embodiments, and therefore a description thereof is omitted.

Das Bezugszeichen 21 bezeichnet ein rechteckiges Substrat, das ein Körper eines Winkelgeschwindigkeitssensors ist. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet einen rechteckigen Halteab schnitt, der fest auf dem Substrat 21 angeordnet ist. Wie es in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, ist der Halteabschnitt 22 im wesentlichen ähnlich zu dem, der in der oben erwähn ten ersten Ausführungsform zusammen mit dem Substrat 1 aus gebildet ist.Reference numeral 21 denotes a rectangular substrate, which is a body of an angular rate sensor. Reference numeral 22 denotes a rectangular Halteab section, which is fixedly arranged on the substrate 21 . As shown in FIGS. 5 and 6, the retaining portion 22 is substantially similar to the one formed in the above erwähn th first embodiment together with the substrate 1 is made.

Das Bezugszeichen 23 bezeichnet einen Stoßdämpfungsmecha nismus, der zwischen dem Halteabschnitt 22 und einem Oszil lator bzw. Schwinger 30, der später beschrieben wird, ange ordnet ist. Der Stoßdämpfungsmechanismus 23 wird aus Rah menhaltebalken bzw. Rahmentragebalken 24, 24,. . und einem Rahmen 27, die später beschrieben werden, gebildet, und ist im wesentlichen ähnlich zu dem, der in der ersten Ausfüh rungsform ausgebildet ist. Jedoch ist der Stoßdämpfungsme chanismus 23 gemäß dieser Ausführungsform derart ausgebil det, daß er Stöße in sowohl der X-Achsenrichtung als auch der Y-Achsenrichtung dämpft, die Schwingungs- und Erfas sungsrichtungen des Oszillators 30 sind, wie es später be schrieben wird.Reference numeral 23 denotes a shock absorbing mechanism, which is arranged between the holding portion 22 and an oscillator 30 , which will be described later. The shock absorbing mechanism 23 is made from frame holding beams or frame supporting beams 24 , 24 ,. . and a frame 27 , which will be described later, and is substantially similar to that formed in the first embodiment. However, the shock-absorbing mechanism 23 according to this embodiment is designed to attenuate shocks in both the X-axis direction and the Y-axis direction, which are vibration and detection directions of the oscillator 30 , as will be described later.

Jeder Rahmenhaltebalken 24 ist in einer L-Form ausgebildet und ist bei jeder der vier Ecken des Rahmens 27 angeordnet. Der Rahmenhaltebalken 24 ist aus einem ersten sich erstrec kenden bzw. ausgedehnten Abschnitt 24A, der sich in der X- Achsenrichtung in Fig. 5 erstreckt, aus zweiten sich er streckenden bzw. ausgedehnten Abschnitten 24B und 24B, die in der Y-Achsenrichtung bei dem vorderen Ende der ersten ausgedehnten Abschnitte 24A angeordnet sind, und aus einem Verbindungsabschnitt 24C zum Verbinden jedes zweiten ausge dehnten Abschnitts 24B in einer umgekehrten U-Form ausge bildet.Each frame support beam 24 is formed in an L shape and is arranged at each of the four corners of the frame 27 . The frame support bar 24 is made of a first to erstrec kenden or extended portion 24 A extending in the X-axis direction in FIG. 5, from the second to he stretching or extended portions 24 B and 24 B, in the Y- axis direction are arranged at the front end 24 a of the first extended portions, and a connecting portion 24C for connecting each second deployed extended portion 24 B is out in an inverted U-shape.

Die ausgedehnten Abschnitte 24A bilden kleine Dämpfungszwi schenraumabschnitte bzw. Dämpfungsabstandabschnitte 25, 25,. . in in der Y-Achsenrichtung, die zwischen dem Halteabschnitt 22 und dem Rahmen 27 angeordnet sind und Dämpfungsfunktio nen aufweisen, im wesentlichen ähnlich zu dem ausgedehnten Abschnitt 24B, der kleine Dämpfungsabstandabschnitte 26, 26,. . in der X-Achsenrichtung bildet.The extended sections 24 A form small damping inter mediate sections or damping spacing sections 25 , 25 ,. . in the Y-axis direction, which are arranged between the holding portion 22 and the frame 27 and have damping functions, substantially similar to the extended portion 24 B, the small damping spacing portions 26 , 26,. . in the X-axis direction.

Das Bezugszeichen 27 bezeichnet einen Rahmen, der zwischen dem Substrat 21 und dem Oszillator 30 angeordnet ist. Der Rahmen 27 erstreckt sich in einer rechteckigen Form derart, daß er die Oszillatorhaltebalken bzw. Oszillatortragebalken 29, 29,. ., die später beschrieben werden, und den Oszilla tor 30 umgibt. Der Rahmen 27 wird von jedem Rahmenhaltebal ken 24 derart gehalten, daß er in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung in einem beabstandeten Zustand von dem Substrat 21 verschiebbar ist.Reference numeral 27 denotes a frame which is arranged between the substrate 21 and the oscillator 30 . The frame 27 extends in a rectangular shape in such a way that it holds the oscillator support beams or oscillator support beams 29 , 29,. ., which will be described later, and surrounds the Oszilla gate 30 . The frame 27 is held by each frame bracket 24 so that it is slidable in the X-axis direction and the Y-axis direction in a spaced state from the substrate 21 .

Der Rahmen 27, jeder Oszillatorhaltebalken 29 und der Os zillator 30 bilden einen Gesamtmassenabschnitt 28, der von jedem Rahmenhaltebalken 24 in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung bewegbar gehalten wird. Die Gesamtreso nanzfrequenz ω₂ des Gesamtmassenabschnitts 28 wird zuvor derart gesetzt bzw. eingestellt, daß sie eine Beziehung mit der Resonanzfrequenz ω₃ des Oszillators 30 hat, wie es in der folgenden numerischen Gleichung 6 gezeigt ist, nämlich aus dem gleichen Grund wie bei der ersten Ausführungsform.The frame 27 , each oscillator support beam 29 and the oscillator 30 form a total mass section 28 which is held by each frame support beam 24 in the X-axis direction and the Y-axis direction so as to be movable. The total resonance frequency ω _{2 of} the total mass section 28 is set beforehand such that it has a relationship with the resonance frequency ω _{3 of} the oscillator 30 , as shown in the following numerical equation 6, namely for the same reason as in the first Embodiment.

[Numerische Gleichung 6] [Numerical Equation 6]

Jeder Oszillatorhaltebalken bzw. Oszillatortragebalken 29 hat die Form einer langen und schmalen Platte, die sich in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung erstreckt, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Zwei der Oszillatorhaltebal ken 29 und 29 sind bei vorderen und hinteren Seiten bei je der Seite des Oszillators 30 relativ zu der Y- Achsenrichtung angeordnet, d. h. es gibt im gesamten vier von diesen, die den Oszillator 30 zwischen sich anordnen.Each oscillator support beam 29 is in the form of a long and narrow plate that extends in the X-axis direction and the Y-axis direction, as shown in FIG. 5. Two of the Oszillatorhaltebal ken 29 and 29 are arranged on the front and rear sides of each side of the oscillator 30 relative to the Y-axis direction, that is, there are a total of four of them that arrange the oscillator 30 between them.

Der Oszillator 30 hat im wesentlichen eine H-Form und wird durch Mikroprägen, wie beispielsweise Ätzen, eines einkri stallinen oder polykristallinen Siliziummaterials, das ei nen geringen Widerstand hat, gleichzeitig zusammen mit dem Halteabschnitt 22, den Haltebalken 24 und 29, dem Rahmen 27 und Fixierungsabschnitten bzw. Befestigungsabschnitten 31 und 35/Elektroden 32, 33, 36 und 37, die später beschrieben werden, ausgebildet.The oscillator 30 is substantially H-shaped and is micro-embossed, such as etched, of a single crystal or polycrystalline silicon material having a low resistance, together with the holding portion 22 , the holding beams 24 and 29 , the frame 27 and Fixing sections 31 and 35 / electrodes 32 , 33 , 36 and 37 , which will be described later, are formed.

Der Oszillator 30 wird von jedem Oszillatorhaltebalken 29 derart gehalten, daß er in der X- und der Y-Achsenrichtung in einem beabstandeten Zustand von dem Substrat 21 ver schiebbar ist, und hat eine vorbestimmte Oszillatorreso nanzfrequenz ω₃. Der Oszillator 30 wird von Schwingungser zeugungsabschnitten 34, die später beschrieben werden, der art in Schwingung versetzt, daß er in dem Rahmen 27 in der X-Achsenrichtung bei der Resonanzfrequenz ω₃ in Schwingung versetzt wird.The oscillator 30 is held by each oscillator support beam 29 so that it is slidable in the X and Y axis directions in a spaced state from the substrate 21 , and has a predetermined oscillator resonance frequency ω _3rd The oscillator 30 is vibrated by vibration generating portions 34 , which will be described later, of the type that it is vibrated in the frame 27 in the X-axis direction at the resonance frequency ω ₃ .

Die Bezugszeichen 31 und 31 bezeichnen zwei Schwingungsfi xierungsabschnitte, die an dem Substrat 21 fest angeordnet sind. Die Bezugszeichen 32 und 32 bezeichnen Schwingungse lektroden eines feststehenden Teils bzw. feststehende Schwingungselektroden, die in jedem Schwingungsfixierungs abschnitt 31 angeordnet sind. Jede feststehende Schwin gungselektrode 32 ist derart ausgebildet, daß sie mehrere Elektrodenplatten 32A, 32A,. . aufweist, die in Richtung von Schwingungselektroden 33 eines beweglichen Teils bzw. von beweglichen Schwingungselektroden 33, die später be schrieben werden, hervorstehen.The reference numerals 31 and 31 denote two vibration fixing sections which are fixedly arranged on the substrate 21 . The reference numerals 32 and 32 denote vibrating electrodes of a fixed part and vibrating electrodes, respectively, which are arranged in each vibration fixing section 31 . Each fixed vibration electrode 32 is formed such that it has a plurality of electrode plates 32 A, 32 A ,. . has, which protrude in the direction of vibration electrodes 33 of a movable part or of movable vibration electrodes 33 , which will be described later.

Jede bewegliche Schwingungselektrode 33 hat mehrere Elek trodenplatten 33A, 33A,. . ., die abwechselnd derart ange ordnet sind, daß sie mit jeder Elektrodenplatte 32A der feststehenden Schwingungselektrode 32 ineinander greifen. Zwischen den Elektrodenplatten 32A und 33A ist ein kleiner Zwischenraumabstand bzw. Abstandsabschnitt in der Y- Achsenrichtung ausgebildet.Each movable vibration electrode 33 has a plurality of electrode plates 33 A, 33 A ,. . Which are. Arranged alternately in such a way that they engage with each electrode plate 32 A of the stationary vibrating electrode 32 together. Between the electrode plates 32 A and 33 A, a small space distance or distance section is formed in the Y-axis direction.

Die Bezugszeichen 34 und 34 bezeichnen rechte und linke Schwingungserzeugungsabschnitte, die als eine Schwingungs erzeugungseinrichtung wirken. Jeder Schwingungserzeugungs abschnitt 34 wird von der feststehenden Schwingungselektro de 32 und der beweglichen Schwingungselektrode 33 im we sentlichen ähnlich zu der ersten Ausführungsform gebildet, und versetzt den Oszillator 30 in der X-Achsenrichtung bei der Resonanzfrequenz ω₃ in Schwingung.Reference numerals 34 and 34 denote right and left vibration generating portions that act as a vibration generator. Each vibration generating portion 34 is formed by the fixed vibration electrode 32 and the movable vibration electrode 33, which is substantially similar to the first embodiment, and vibrates the oscillator 30 in the X-axis direction at the resonance frequency ω ₃ .

Die Bezugszeichen 35 und 35 bezeichnen zwei Erfassungsbefe stigungsabschnitte bzw. Erfassungsfixierungsabschnitte, die auf dem Substrat 21 fest angeordnet sind. Die Bezugszeichen 36 bezeichnen Erfassungselektroden eines feststehenden Teils bzw. feststehende Erfassungselektroden, die in jedem Erfassungsfixierungsabschnitt 35 angeordnet sind. Jede feststehende Erfassungselektrode 36 hat mehrere Elektroden platten 36A, 36A,. ., die in Richtung von Erfassungselek troden 37 eines beweglichen Teils bzw. von beweglichen Er fassungselektroden 37, die später beschrieben werden, her vorstehen.Reference numerals 35 and 35 denote two detection fixing portions and detection fixing portions, respectively, which are fixedly arranged on the substrate 21 . Reference numerals 36 denote fixed part detection electrodes or fixed detection electrodes arranged in each detection fixing portion 35 . Each fixed detection electrode 36 has a plurality of electrode plates 36 A, 36 A ,. ., The trodes in the direction of Erfassungselek 37 of a movable member or of the movable electrode He jack 37 which will be described later, protrude forth.

Jede bewegliche Erfassungselektrode 37 hat mehrere Elektro denplatten 37A, 37A,. ., die abwechselnd derart angeordnet sind, daß sie mit jeder Elektrodenplatte 36A der festste henden Erfassungselektrode 36 ineinander greifen. Zwischen den Elektrodenplatten 36A und 37A ist ein kleiner Ab standabschnitt in der Y-Achsenrichtung ausgebildet. Each movable detection electrode 37 has a plurality of electrode plates 37 A, 37 A ,. , Which are alternately arranged in such a way., That they engage with each electrode plate 36 A of the festste Henden detection electrode 36 together. Between the electrode plates 36 A and 37 A, a small stand portion is formed in the Y-axis direction.

Die Bezugszeichen 38 und 38 bezeichnen Winkelgeschwindig keitserfassungsabschnitte, die als Winkelgeschwindigkeits erfassungseinrichtung wirken. Jeder Winkelgeschwindigkeits erfassungsabschnitt 38 wird von der feststehenden Erfas sungselektrode 36 und der beweglichen Erfassungselektrode 37 gebildet, wobei die jeweiligen Elektrodenplatten 36A und 37A von diesen einen Parallelplattenkondensator bilden. Der Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitt 38 erfaßt eine Verschiebung in der Y-Achsenrichtung als die Erfassungs richtung, wenn der Oszillator 30 in der Y-Achsenrichtung verschoben wird, indem Änderungen bezüglich der elektrosta tischen Kapazität zwischen der feststehenden Erfassungse lektrode 36 und der beweglichen Erfassungselektrode 37 er faßt werden, um so ein Erfassungssignal entsprechend einer Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse auszugeben.Reference numerals 38 and 38 denote angular velocity detection sections which act as angular velocity detection means. Each angular velocity detection section 38 is formed by the fixed detection electrode 36 and the movable detection electrode 37 , and the respective electrode plates 36 A and 37 A form a parallel plate capacitor therefrom. The angular velocity detection section 38 detects a displacement in the Y-axis direction as the detection direction when the oscillator 30 is displaced in the Y-axis direction by detecting changes in the electrostatic capacitance between the fixed detection electrode 36 and the movable detection electrode 37 , so as to output a detection signal corresponding to an angular velocity Ω around the Z axis.

Dadurch wird bei der zweiten Ausführungsform der Fig. 5 und 6, wenn der Oszillator 30 in der X-Achsenrichtung schwingt, indem er durch jeden Schwingungserzeugungsabschnitt 34 an getrieben wird, und in diesem Zustand, wenn eine Winkelge schwindigkeit Ω um die Z-Achsenrichtung zu dem Winkelge schwindigkeitssensor hinzugefügt bzw. an diesem vorgesehen wird, der Oszillator 30 in der Y-Achsenrichtung aufgrund einer Corioliskraft durch eine Verschiebung entsprechend einer Winkelgeschwindigkeit Ω verschoben. Die Verschiebung des Oszillators 30 wird durch den Winkelgeschwindigkeitser fassungsabschnitt 38 als eine Änderung bzw. als Änderungen bezüglich der elektrostatischen Kapazität erfaßt, um so ein Erfassungssignal entsprechend der Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse auszugeben.Thereby, in the second embodiment of FIGS. 5 and 6, when the oscillator 30 oscillates in the X-axis direction by being driven by each of the vibration generating portion 34, and in this state, when a Winkelge velocity Ω around the Z-axis direction to is added to or provided on the Winkelge speed sensor, the oscillator 30 is displaced in the Y-axis direction due to a Coriolis force by a displacement corresponding to an angular velocity Ω. The displacement of the oscillator 30 is detected by the angular velocity detection section 38 as a change in the electrostatic capacity so as to output a detection signal corresponding to the angular velocity Ω around the Z axis.

Wenn ein Stoß auf das Substrat 21 in der X-Achsenrichtung oder der Y-Achsenrichtung ausgeübt wird, wird der Stoß in beiden Richtungen durch den Stoßdämpfungsmechanismus 23 wirksam gedämpft, um zu verhindern, daß der Stoß an den Os zillator 30 übertragen wird. When a shock is applied to the substrate 21 in the X-axis direction or the Y-axis direction, the shock is effectively damped in both directions by the shock absorbing mechanism 23 to prevent the shock from being transmitted to the oscillator 30 .

In einer derartigen Art und Weise kann auch bei der zweiten Ausführungsform ein im wesentlichen ähnlicher Effekt zu dem bei der ersten Ausführungsform erhalten werden. Insbesonde re ist bei der zweiten Ausführungsform der Stoßdämpfungsme chanismus 23 derart ausgebildet, um einen Stoß in sowohl der Schwingungsrichtung als auch der Erfassungsrichtung des Oszillators 30 zu dämpfen, so daß der Oszillator 30 in ei nem im wesentlichen stabilen Schwingungszustand gegenüber einem Stoß in sowohl der X-Achsenrichtung als auch der Y- Achsenrichtung gehalten wird, wodurch sich weiter verbes serte Erfassungsgenauigkeiten und eine weiter verbesserte Zuverlässigkeit ergibt.In such a manner, an effect substantially similar to that in the first embodiment can also be obtained in the second embodiment. In particular, in the second embodiment, the shock-absorbing mechanism 23 is designed to dampen a shock in both the vibration direction and the detection direction of the oscillator 30 , so that the oscillator 30 is in a substantially stable vibration state against a shock in both the X Axis direction and the Y-axis direction is maintained, which results in further improved detection accuracies and a further improved reliability.

Da der Oszillator 30 ferner derart angeordnet ist, daß er seine Schwingungs- und Erfassungsrichtungen in der X- Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung parallel zu dem Substrat hat, kann der Winkelgeschwindigkeitssensor in der Z-Achsenrichtung miniaturisiert werden, während der Stoß dämpfungsmechanismus 23, der einen Stoß in sowohl der Schwingungsrichtung als auch der Erfassungsrichtung dämpft, leicht ausgebildet werden kann.Further, since the oscillator 30 is arranged to have its vibration and detection directions in the X-axis direction and the Y-axis direction parallel to the substrate, the angular velocity sensor in the Z-axis direction can be miniaturized while the shock absorbing mechanism 23 which dampens a shock in both the vibration direction and the detection direction, can be easily formed.

Zusätzlich dazu wird bei der zweiten Ausführungsform der Oszillator 30 in der Y-Achsenrichtung entsprechend einer Winkelgeschwindigkeit verschoben, während er in der X- Achsenrichtung schwingt, und dämpft der Stoßdämpfungsmecha nismus 23 einen Stoß in sowohl der X-Achsenrichtung als auch der Y-Achsenrichtung; jedoch ist die vorliegende Er findung nicht auf diese Strukturen beschränkt, und der Stoßdämpfungsmechanismus kann derart ausgebildet sein, daß er einen Stoß dämpft, der auf das Substrat 21 in jeder der X- und Y-Achsenrichtungen ausgeübt wird.In addition, in the second embodiment, the oscillator 30 is shifted in the Y-axis direction according to an angular velocity while swinging in the X-axis direction, and the shock absorbing mechanism 23 dampens a shock in both the X-axis direction and the Y-axis direction; however, the present invention is not limited to these structures, and the shock absorbing mechanism may be configured to dampen a shock applied to the substrate 21 in each of the X and Y axis directions.

Wie es oben ausführlich beschrieben wurde, kann gemäß der vorliegenden Erfindung, da der Stoßdämpfungsmechanismus zum Dämpfen eines Stoßes entlang zumindest der Schwingungsrich tung oder der Erfassungsrichtung vorgesehen ist und zum Verhindern vorgesehen ist, daß der Stoß von dem Substrat an den Oszillator übertragen wird, wenn ein Stoß in der Schwingungsrichtung oder der Erfassungsrichtung auf das Substrat ausgeübt wird, der Stoß sicher durch den Stoßdämp fungsmechanismus gedämpft werden, so daß es gehemmt bzw. verhindert wird, daß der Stoß auf den Oszillator übertragen wird. Während der Oszillator beständig bzw. konstant gegen über einem Stoß von außen her schwingt, kann dadurch der Oszillator gleichmäßig bzw. ruckfrei entsprechend einer Winkelgeschwindigkeit, die auf den Sensor ausgeübt wird, verschoben werden. Deshalb können die Erfassungsempfind lichkeit an und die Erfassungsgenauigkeiten des Sensors verbessert werden, um so die Zuverlässigkeit zu erhöhen.As described in detail above, according to the present invention because the shock absorbing mechanism for Damping a shock along at least the vibration direction device or the detection direction is provided and Prevent the impact from the substrate the oscillator is transmitted when a shock occurs in the Direction of vibration or the direction of detection on the Substrate is exercised, the shock safely through the shock absorber be dampened so that it is inhibited or the shock is prevented from being transmitted to the oscillator becomes. While the oscillator is resistant or constant against swings from outside from a shock, the Oscillator evenly or smoothly according to one Angular velocity exerted on the sensor be moved. Therefore, the detection sensitivity and the detection accuracy of the sensor be improved so as to increase reliability.

Da der Stoßdämpfungsmechanismus aus dem Rahmenhaltebalken und dem Rahmen gebildet wird, und der Oszillator innerhalb des Rahmens durch den Oszillatorhaltebalken in sowohl der Schwingungsrichtung als auch der Erfassungsrichtung ver schiebbar gehalten wird, wenn ein Stoß von außen her auf das Substrat ausgeübt wird, kann der Stoß außerhalb des Os zillators durch den Rahmenhaltebalken und den Rahmen derart gedämpft werden, daß er nicht zu dem Oszillator übertragen wird, während der Oszillator während des Schwingens inner halb des Rahmens verschoben werden kann.Because the shock absorbing mechanism comes from the frame support beam and the frame is formed, and the oscillator inside of the frame through the oscillator support beam in both the Direction of vibration as well as the direction of detection ver is slidably held when an impact from outside the substrate is exerted, the impact can be outside the os zillators through the frame support beam and the frame like this be dampened so that it is not transmitted to the oscillator while the oscillator is swinging inside half of the frame can be moved.

Da ferner die Gesamtresonanzfrequenz des Oszillators, des Oszillatorhaltebalkens und des Rahmens derart gesetzt bzw. eingestellt ist, daß sie 1/√2 mal soviel wie oder geringer als die Oszillatorresonanzfrequenz ist, kann die Schwingung des Oszillators, des Oszillatorhaltebalkens und des gesam ten Rahmenabschnitts aufgrund einer Wellenform mit einer Frequenz nahe der Oszillatorresonanzfrequenz im wesentli chen derart gedämpft werden, daß sie nicht auf den Oszilla tor übertragen wird, während die Dämpfung bzw. Abschwächung der Stoßwellenform, die ein großen Effekt auf den Oszilla tor hat, erhöht werden kann.Furthermore, since the total resonance frequency of the oscillator, the Oscillator support bar and the frame set or is set to be 1 / √2 times as much or less than the oscillator resonance frequency, the vibration of the oscillator, the oscillator holding bar and the total th frame section due to a waveform with a Frequency close to the oscillator resonance frequency in essence Chen be so damped that they are not on the Oszilla tor is transmitted while the damping or weakening the shock waveform which has a big effect on the oszilla gate has, can be increased.

Zusätzlich dazu kann, da der Dämpfungsabstandabschnitt zwi schen dem Halteabschnitt des Substrats und dem Rahmen ange ordnet ist, um Gas bei einer Verschiebung des Rahmens zu komprimieren, wenn der Rahmen durch einen Stoß in Schwin gung versetzt wird, die Schwingung auf geeignete Weise un ter Verwendung des Gases innerhalb jedes Dämpfungsab standabschnitts als ein Dämpfer bzw. ein Dämpfungsmittel gedämpft werden. Indem beispielsweise die Größe oder die Form, usw. bei dem Dämpfungsabstandabschnitt geändert wird, kann der Dämpfungskoeffizient leicht eingestellt werden, während die Wirksamkeit der Dämpfung bezüglich eines Stoßes weiter verbessert werden kann.In addition to this, since the damping spacing portion between the holding portion of the substrate and the frame is assigned to gas when the frame moves compress when the frame is jarred by a bump is shifted, the vibration in a suitable manner ter use of the gas within each damping section section as a damper or a damping means be dampened. For example, by the size or the Shape, etc. is changed in the damping spacing section, the damping coefficient can be easily adjusted, while the effectiveness of damping on a shock can be further improved.

Da ferner der Oszillator eine Schwingungsrichtung parallel zu dem Substrat und eine Erfassungsrichtung senkrecht zu dem Substrat hat, und da der Stoßdämpfungsmechanismus der art ausgebildet ist, um einen Stoß in zumindest einer Rich tung der Schwingungsrichtung und der Erfassungsrichtung zu dämpfen, während der Oszillator entlang einer Ebene paral lel zu dem Substrat in Schwingung versetzt wird, kann der Oszillator in der Erfassungsrichtung senkrecht zu dieser Ebene entsprechend einer Winkelgeschwindigkeit verschoben werden, und kann der Stoßdämpfungsmechanismus einen Stoß entlang der Schwingungsrichtung dämpfen.Furthermore, since the oscillator is oscillating in parallel to the substrate and a detection direction perpendicular to the substrate, and since the shock absorbing mechanism is designed to take a bump in at least one rich direction of the direction of vibration and the direction of detection dampen while the oscillator is paral along a plane If the substrate is vibrated, the Oscillator in the detection direction perpendicular to this Plane shifted according to an angular velocity and the shock absorbing mechanism can take a shock dampen along the direction of vibration.

Zusätzlich dazu kann, da die Oszillationsrichtung und die Erfassungsrichtung des Oszillators parallel zu dem Substrat angeordnet sind, und der Stoßdämpfungsmechanismus derart ausgebildet ist, um einen Stoß entlang zumindest der Erfas sungsrichtung zu dämpfen, die Verschiebung des Oszillators in der Erfassungsrichtung aufgrund des Stoßes verhindert werden, woraus sich eine weitere Verbesserung bezüglich der Erfassungsgenauigkeiten und der Zuverlässigkeit, usw. er gibt. Ferner wird durch Anordnen der Schwingungs- und Er fassungsrichtungen parallel zu dem Substrat der Stoßdämp fungsmechanismus zum Dämpfen eines Stoßes entlang dieser zwei Richtungen leicht ausgebildet.In addition, since the direction of oscillation and the Detection direction of the oscillator parallel to the substrate are arranged, and the shock absorbing mechanism such is configured to impact along at least the gathering damping direction, the displacement of the oscillator prevented in the detection direction due to the impact , which results in a further improvement in terms of Detection accuracy and reliability, etc. he gives. Furthermore, by arranging the vibration and Er directions parallel to the substrate of the shock absorber Mechanism for damping a shock along this easily formed in two directions.

Da ferner der Oszillator, der Oszillatorhaltebalken und der Stoßdämpfungsmechanismus aus einem einkristallinen oder po lykristallinen Siliziummaterial beispielsweise durch ein Mikroprägen, wie ein Ätzen, eines einkristallinen oder po lykristallinen Siliziummaterials ausgebildet werden, können der Oszillator, der Oszillatorhaltebalken und der Stoßdämp fungsmechanismus gleichzeitig und wirksam ausgebildet wer den.Furthermore, since the oscillator, the oscillator support bar and the Shock absorption mechanism from a single crystal or po lycrystalline silicon material, for example, by a Micro-embossing, such as etching, single crystal or po lycrystalline silicon material can be formed the oscillator, the oscillator support beam and the shock absorber who are trained simultaneously and effectively the.

Während bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung offen bart worden sind, werden verschiedene Arten zum Ausführen der hierin offenbarten Prinzipien derart betrachtet, daß sie innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche liegen. Deshalb sei es zu verstehen, daß der Umfang der Erfindung nicht beschränkt sein soll außer derart wie er in den An sprüchen dargelegt ist.While preferred embodiments of the invention are open have been beard, there are different ways to run consider the principles disclosed herein such that they are within the scope of the following claims. Therefore, it should be understood that the scope of the invention should not be limited except as in the An is set out.

Claims

1. angular velocity sensor, which has the following features:
a substrate ( 1 ; 21 );
an oscillator ( 9 ; 30 ) which is arranged on the substrate ( 1 ; 21 ) so that it can be displaced ver relative to the substrate; and
a shock absorbing device ( 3 ; 23 ) which is arranged on the substrate ( 1 ; 21 ) in order to dampen the effect of a shock on the substrate on vibrations of the oscillator ( 9 ; 30 ).

2. Angular velocity sensor, which has the following features:
a substrate ( 1 ; 21 );
is arranged around a shock to the substrate (1; 21) to dampen applied, a shock absorbing mechanism (3; 23;) formed on the substrate (21 1);
an oscillator ( 9 ; 30 ) which is supported on the substrate ( 1 ; 21 ) by at least one oscillator support beam ( 8 ; 29 ) in such a way that it is in two directions (X, Y) which are parallel to the substrate and perpendicular to one another , is movable;
vibration generating means ( 13 ; 34 ) for vibrating the oscillator ( 9 ; 30 ) in a vibration direction parallel to one of the two directions (X, Y); and
an angular velocity detection means ( 14 ; 38 ) for detecting a displacement of the oscillator ( 9 ; 30 ) as an angular velocity when the oscillator ( 9 ; 30 ) is displaced in a detection direction perpendicular to the vibration direction,
wherein the shock absorbing mechanism ( 3 ; 23 ) dampens an impact on the substrate ( 1 ; 21 ) along at least the direction of vibration or the detection direction so as to prevent the impact from the substrate ( 1 ; 21 ) on the oscillator ( 9 ; 30 ) is transmitted.

3. angular velocity sensor according to claim 2, wherein the shock absorption mechanism ( 3 ; 23 ) from a frame support beam ( 4 ; 24 ), which is arranged on the substrate ( 1 ; 21 ), and a frame ( 6 ; 27 ) on the substrate is supported by the frame support beam so as to be displaceable in at least the direction of oscillation or the direction of detection, and in which the oscillator ( 9 ; 30 ) beams ( 8 ; 29 ) on the inside of the frame ( 6 ; 27 ) is carried to be slidable in both the direction of vibration and the direction of detection.

4. The angular velocity sensor according to claim 3, wherein the oscillator ( 9 ; 30 ), the oscillator support beam ( 8 ; 29 ) and the frame ( 6 ; 27 ) have a total resonance frequency (ω ₀ ; ω ₂ ) which is set to be 1 / √2 times greater than or less than a resonance frequency (ω ₁ ; ω ₃ ) of the oscillator.

5. angular velocity sensor according to one of claims 3 or 4, wherein the substrate ( 1 ; 21 ) with a Tra geababschnitt ( 2 ; 22 ) is provided, which is arranged outside the frame ( 6 ; 27 ) to gene the frame for Tra of the frame via the frame support beam, and in which the shock absorbing mechanism ( 3 ; 23 ) has a damping spacing section ( 5 ; 25 , 26 ) which is arranged between the support section ( 2 ; 22 ) and the frame ( 6 ; 27 ) in order to compress a gas when the frame is moved.

6. angular velocity sensor according to one of claims 1 to 4, wherein the oscillator ( 9 ; 30 ) is designed to be displaceable in a direction of vibration parallel to the substrate ( 1 ; 21 ) and in a detection direction perpendicular to the substrate, and in which the shock absorbing mechanism ( 3 ; 23 ) is designed to dampen a shock in the direction of vibration and to prevent the shock from being transmitted from the substrate ( 1 ; 21 ) to the oscillator ( 9 ; 30 ).

7. angular velocity sensor according to one of claims 1 to 4, wherein the oscillator ( 9 ; 30 ) is designed to be displaceable in the direction of vibration and the direction of detection, which are parallel to the substrate ( 1 ; 21 ) and perpendicular to each other , and in which the shock absorbing mechanism ( 3 ; 23 ) is designed to dampen a shock in at least the vibration direction or the detection direction and to prevent the shock from the substrate ( 1 ; 21 ) onto the oscillator ( 9 ; 30 ) is transmitted.

8. angular velocity sensor according to one of claims 1 to 7, wherein the oscillator ( 9 ; 30 ), the Oszil latortragebalken ( 8 ; 29 ) and the shock absorption mechanism ( 3 ; 23 ) uniformly made of a single-crystal or polycrystalline silicon material with a low resistance are trained.